【摘要】：我國工業(yè)實力快速發(fā)展的同時也帶來一系列的環(huán)境問題。工業(yè)生產過程中產生的一系列污染物質隨著廢氣、廢水和廢渣等進入到周圍的環(huán)境中,對人們的健康安全構成了潛在威脅。利用發(fā)光細菌法進行水質急性毒性檢測,可以直觀全面的反應污染物對人體的毒性作用。發(fā)光細菌法不僅簡便快速,而且操作簡單,容易和多種光學元件耦合,還具有良好的重現(xiàn)性。但是現(xiàn)有設備操作復雜,檢測耗時長,并且不適用于在線連續(xù)監(jiān)測。此外復蘇后的發(fā)光細菌發(fā)光強度不穩(wěn)定,使檢測結果存在較大誤差。本課題旨在以青�；【鶴67作為受試對象,建立一套基于微流控技術的新型水質急性毒性分析檢測裝置,推動發(fā)光細菌水質急性毒性檢測方法向在線連續(xù)檢測方向的發(fā)展。本文首先建立了以2ml離心管作為樣品池的水質急性毒性檢測裝置,以此裝置作為對比檢測系統(tǒng)。通過完善樣品室設計、光檢測系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)使裝置能夠穩(wěn)定高效運行。用該裝置對不同OD600值的菌液發(fā)光強度進行測定,從而確定其對光信號的分辨能力,并通過3次重復實驗獲得檢測結果的相對標準偏差為2.1%。此外,還確定了青�；【罴寻l(fā)光的基本檢測條件,即以生理鹽水作為懸浮液,調節(jié)待測水樣p H為7.0~9.0,菌液用量控制在200μl。利用該裝置檢測不同濃度的Zn2+和Cd2+對青海弧菌Q67的水質急性毒性,獲得了Zn2+和Cd2+的半致死濃度EC50值。論文重點設計制作了一種毒性分析微流控芯片,優(yōu)化了微混合器,提高了混合性能。芯片兩入口角度為90°,通道寬度為100μm,芯片厚度為100μm。芯片通過COMSOL軟件模擬兩流體組分在通道X-Y截面上的濃度部分情況確定了混合性能較優(yōu)的微混合器結構。比較了不同長度直通道和兩種不同結構彎道的混合性能差異,選擇了圓角彎道作為芯片的混合結構,并確定了混合結構的單元數(shù)。兩流體組分充分混合后進入芯片檢測區(qū)域,檢測區(qū)域為六邊形結構,長約10mm,寬約10mm,檢測結束后通入生理鹽水沖洗檢測芯片。最終建立了基于微流控芯片的新型水質急性毒性分析檢測裝置。測試了幾種典型污染物對青�；【募毙远拘�。驗證了該新型裝置對于不同OD600值的菌液發(fā)光強度的分辨能力及其三次檢測結果的重現(xiàn)性(相對標準偏差為0.7%)。隨后,建立了該新型裝置對5種重金屬、3種抗生素和3種染料的水質急性毒性檢測方法,獲得了這11種污染物對青海弧菌Q67的劑量效應曲線,得出了各個污染物分別在5min、10min和15min時的EC50。掌握了這幾種污染物的毒性強弱規(guī)律如下:Cu2+Pb2+Cd2+Zn2+Ni2+,環(huán)丙沙星諾氟沙星青霉素G,羅丹明B橙黃G亞甲基藍。明確了重金屬、抗生素和染料這三類物質對青海弧菌產生毒性的不同機理,重金屬主要是通過抑制熒光素酶的合成來抑制青�；【陌l(fā)光反應,抗生素主要是通過破壞細胞結構導致細菌死亡或抑制細菌活性來抑制青海弧菌的發(fā)光反應,而染料分子的毒性作用方式主要與染料類型、分子大小和官能團性質有關。該裝置的檢測結果在時間上的穩(wěn)定性較好,且檢測結果的相對標準偏差較低。
【圖文】：

其中常用的細菌狀態(tài)主要有兩種：一種是使細菌懸浮于微型生物反應器中的液態(tài)相中，另一種是將細菌固定在一次性樣品池中。圖1-1 三種用于水質毒性檢測的新型生物傳感器：（A）細菌懸浮型生物傳感器[16];（B）凍干細菌型生物傳感器[17]；C）細菌固定型生物傳感器[18]，（1）細菌固定在一次性樣品池中，（2）細菌固定在光纖上，（3）細菌固定在生物芯片中。

對它們的性能進行了比較[18]。兩套系統(tǒng)均封閉在一個暗箱中，利用 CCD 相機中對細菌發(fā)出的光信號進行圖像捕捉并記錄。這兩套系統(tǒng)的區(qū)別之處在于細胞的保存方式不同（如圖 1-2 A），Lumisens Ⅲ系統(tǒng)中的細菌懸浮液 4%的瓊脂糖溶液混勻后固定在微井中，保持著較高的生物活性；而 Lumisens Ⅳ系統(tǒng)中使用的細菌在 96 孔微板中經過了冷凍干燥過程，活性相對較低。作者用這兩套系統(tǒng)在 10 天時間里連續(xù)檢測了蒸餾水或環(huán)境樣品中的汞（Hg），每天將細菌暴露于含有 500 nM Hg 的樣品中 100 min，剩下的時間持續(xù)通入細菌培養(yǎng)液。結果表明，，Lumisens Ⅲ系統(tǒng)自啟動 6 h 后產生響應信號（如圖 1-2 B），并且在測試的 10 天時間里，生物發(fā)光水平是不穩(wěn)定的，變化率達 40%，固定化細菌在第 3~6 天處于穩(wěn)定的生長階段，生物發(fā)光信號的重現(xiàn)性和重復性接近 5%，；Lumisens Ⅳ系統(tǒng)能夠在 10 天時間里對蒸餾水樣品或污水廠樣品中的汞（Hg）進行穩(wěn)定檢測，啟動 1.5 h 后便可獲得響應信號，生物發(fā)光信號的重現(xiàn)性達 3%。在 Lumisens Ⅲ系統(tǒng)中，細菌在測試過程中會受到之前暴露的污染物的影響，導致后續(xù)實驗中的細菌活性降低，從而影響實驗結果的一致性。而在 LumisensⅣ系統(tǒng)中，細菌被限定在微孔板中的各個微孔中，執(zhí)行獨立地單次分析，但是操作相對較為繁瑣，重復性也有所降低。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X832

【參考文獻】

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本文編號：2666058